有源带通滤波器设计

RC 有源带通滤波器的设计

滤波器的功能是让一定频率范围内的信号通过，而将此频率范围之外的信号加以抑制或使其急剧衰 减。当干

扰信号与有用信号不在同一频率范围之内，可使用滤波器有效的抑制干扰。

用LC 网络组成的无源滤波器在低频范围内有体积重量大，价格昂贵和衰减大等缺点，而用集成运放 和RC

网络组成的有源滤波器则比较适用于低频，此外，它还具有一定的增益，且因输入与输出之间有良 好的隔离而便于级联。由于大多数反映生理信息的光电信号具有频率低、幅度小、易受干扰等特点，因而 RC 有源滤波器普遍应用于光电弱信号检测电路中。

一.技术指标

总增益为1 ;

通带频率范围为 300Hz —3000Hz ,通带内允许的最大波动为 -1db —+1db ;

阻带边缘频率范围为 225Hz 和4000Hz 、阻带内最小衰减为 20db ;

二•设计过程

1 .采用低通-高通级联实现带通滤波器；

将带通滤波器的技术指标分成低通滤波器和高通滤波器两个独立的技术指标，分别设计出低通滤波器 和高通

滤波器，再级联即得带通滤波器。

低通滤波器的技术指标为：

f PH = 3000Hz

A max - 1d

B G =1

f SH = 4000Hz A min = 20dB 高通滤波器的技术指标为：

f pL = 300Hz

A max = 1d

B G = 1

f si_ - 225Hz A min - 20dB 2. 选用切比雪夫逼近方式计算阶数

(1).低通滤波器阶数

N >ch 4[J(10

0.1Amin -1)/(10

0.1Ami N 1 _ ■ 1 Ch ( f SH / f PH )

(2).高通滤波器阶数

N 2 ch'[ *. (10

0.1Amin -1)/(100.1Amax -1)] Ch^(f pL /f SL )

3. 求滤波器的传递函数

1) .根据Ni 查表求出归一化低通滤波器传递函数 H LP (S)二 H LP (S)| S

S' 2= ---

2冗PH 2) .根据Na 查表求出归一化高通滤波器传递函数

N 2 H_P (S '，去归一化得

H^s '，去归一化得

H HP(S)=H HP(S)|,2f PL

S

4. 选择电路结构并计算 R 、C 元件值

滤波器的总阶数由一阶电路与二阶电路级联来实现。例如 的二阶低通电路来级联组成 5阶的低通滤波器。

1). 一阶电路选用VCVS 电路结构

一阶低通的元件参数计算： R =1/C 0、C=10/f p H J

F 一阶高通的元件参数计算： R =1/C 「0、C =10/f PL J

F

三、电路实现和特性测试：

有源器件选用通用集成运放 741和1458就可以了，用相近的 R 、C 标称值替代计算值。若计算值

的某一滤波节的电阻或电容值难以实现，那么可将该节电路的所有电阻值除以某一常数，同时，所有

的电容值乘以该常数，此滤波器的特性不变。

计算出的N1若为偶数，则二阶低通滤波器的节数为 N L =N1/2，否则为（N1-1）/2节二阶低通加一节 一阶低通滤波器，同理可计算出高通滤波器的节数。将每一节滤波器调整正常后，级联在一起构成带 通滤波器，测试幅频特性。

实验参数的实际选定结果：

N=5,则可用一节一阶的低通滤波器和二节 一阶高通

2).二阶电路仍选用 VCVS 电路结构 C i=10/f pH J F

C =10/f LH J F 二阶低通的元件参数计算: R

;二阶高通的元件参数计算: C i'。

C 2 =1/R 2C < 2 R 2 = 2Q Cl

C2 —阶彳氐11

丄

2 2

R^ = 1/ R 2 C 0

Uo

五阶带通滤波器的构成：一阶的低通滤波器和两个二阶的低通滤波器构成五阶的低通滤波器级联上一阶的高通滤波器与两个二阶的高通滤波器构成的五阶的高通滤波器。它们的参数分别如下图所示：

一阶低通滤波器：R=8K Q , C=30pF

二阶低通滤波器：R=1.67K Q ,6=3 卩F,C2=1pF

一阶高通滤波器：R=11K Q , C=300pF

二阶高通滤波器：R1=556Q ,R2=222K Q ,C=300Pf